(PhysOrg.com) - Ny forskning från University of Pennsylvania visar en mer konsekvent och kostnadseffektiv metod för att göra grafen, det atomära materialet som har lovande tillämpningar inom en mängd olika områden, och var föremål för 2010 års Nobelpris i fysik.

Som förklaras i en nyligen publicerad studie, ett forskarteam från Penn kunde skapa grafen av hög kvalitet som bara är en enda atom tjock över 95 % av dess yta, med hjälp av lättillgängliga material och tillverkningsprocesser som kan skalas upp till industriella nivåer.

"Jag känner till rapporter om cirka 90 %, så den här forskningen driver det närmare det slutliga målet, vilket är 100%, sade studiens huvudutredare, PÅ. Charlie Johnson, professor i fysik. "Vi har en vision om en helt industriell process."

Andra gruppmedlemmar i projektet inkluderade postdoktorerna Zhengtang Luo och Brett Goldsmith, doktoranderna Ye Lu och Luke Somers och studenterna Daniel Singer och Matthew Berck, hela Penns institution för fysik och astronomi vid School of Arts and Sciences.

Gruppens resultat publicerades den 10 februari i tidskriften Materialkemi .

Grafen är ett kycklingtrådsliknande galler av kolatomer arrangerade i tunna ark med ett enda atomlager tjockt. Dess unika fysiska egenskaper, inklusive oslagbar elektrisk ledningsförmåga, kan leda till stora framsteg inom solenergi, energilagring, datorminne och en mängd andra tekniker. Men komplicerade tillverkningsprocesser och ofta oförutsägbara resultat hindrar för närvarande grafens utbredda användning.

Att producera grafen i industriell skala hämmas inte av naturresursernas höga kostnader eller sällsynthet – en liten mängd grafen tillverkas sannolikt varje gång en penna används – utan snarare förmågan att göra meningsfulla kvantiteter med konsekvent tunnhet.

En av de mer lovande tillverkningsteknikerna är CVD, eller kemisk ångavsättning, vilket innebär att man blåser metan över tunna plåtar. Kolatomerna i metan bildar en tunn film av grafen på metallplåtarna, men processen måste göras i ett nästan vakuum för att förhindra att flera lager av kol ackumuleras till oanvändbara klumpar.

Penn-teamets forskning visar att enskiktstjock grafen kan produceras tillförlitligt vid normala tryck om metallplåtarna är tillräckligt jämna.

"Det faktum att detta görs vid atmosfärstryck gör det möjligt att producera grafen till en lägre kostnad och på ett mer flexibelt sätt, "Luo, studiens huvudförfattare, sa.

Medan andra metoder involverade att noggrant förbereda anpassade kopparplåtar i en kostsam process, Johnsons grupp använde kommersiellt tillgänglig kopparfolie i sitt experiment.

"Du kan nästan köpa det i järnaffären, sa Johnson.

Andra metoder gör dyra anpassade kopparplåtar i ett försök att få dem så jämna som möjligt; defekter i ytan gör att grafenet ackumuleras på oförutsägbara sätt. Istället, Johnsons grupp "elektropolerade" sin kopparfolie, en vanlig industriell teknik som används vid efterbehandling av silver och kirurgiska verktyg. Den polerade folien var tillräckligt jämn för att producera enskiktsgrafen över 95 % av dess yta.

Att arbeta med kommersiellt tillgängliga material och kemiska processer som redan används i stor utsträckning i tillverkningen kan sänka ribban för kommersiella tillämpningar.

"Det övergripande produktionssystemet är enklare, billigare, och mer flexibel” sa Luo.

Den viktigaste förenklingen kan vara förmågan att skapa grafen vid omgivande tryck, eftersom det skulle ta några potentiellt kostsamma steg bort från framtida grafen monteringslinjer.

"Om du behöver arbeta i högvakuum, du behöver oroa dig för att få den in i och ut ur en vakuumkammare utan att ha en läcka, sa Johnson. "Om du arbetar vid atmosfärstryck, du kan tänka dig att elektropolera kopparn, att deponera grafenet på det och sedan flytta det längs ett transportband till en annan process i fabriken."